书城科普读物海洋知识小百科-气象篇
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第13章 变幻无常的海洋(1)

什么是气团?

气团是天气学中的一个重要的基本概念,它主要指温度或湿度水平分布比较均匀的、大范围(几千千米以上)的空气团。

气团的形成与大范围热力性质比较均匀的广阔地球表面的缓慢加热或冷却有密切的关系。具有形成气团温度和湿度比较均匀的地区称为气团源地。如在北冰洋上空形成的气团被称为冰洋气团,在热带海洋上形成的气团被称为热带海洋气团等等。

什么是水团?

水团是海洋学中的一个重要的基本概念,它是指在大洋中的某一特定区域内形成的较大的水体,它具有独特的理化特性和生物特征,这些特征几乎是长期恒定的连续分布的,并作为水团这一综合整体的组成部分,随水团而集体移动。《中国大百科全书(海洋科学卷)》中是这样叙述的:水团是源地和形成机制相近,具有相对均匀的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势,而与周围海水存在明显差异的宏大水体。

什么是锋面?

同学们已经知道,温度低的空气密度大,而温度高的空气密度小。当两种性质不同的气团相邻时,由于温度和湿度的不同,两个气团之间过渡区域中的温度、湿度和密度的变化都会很大。天气学中把密度不同的两个气团之问的过渡区称为锋区。

锋区的水平宽度约为几十千米到几百千米。与气团的几千千米相比,锋区要狭小的多。在天气图上,因比例尺小,锋区的宽度无法表示出来,近似的把锋区看成一个面,就称为锋面。

什么是海洋锋?

海洋锋是海水温度、盐度、密度等要素的水平变化剧烈的过渡区。两个不同性质水团的汇合带可以形成海洋锋,与大气中的锋区是两个不同性质气团的过渡区类似。另外,受海洋中大陆架(坡)的影响,在某些陆架坡折区域附近,如南海的西南部形成的海洋锋,锋区的一侧是低盐高温的陆架水,另一侧是相对高盐、低温的陆坡海水。

什么是气团变性?

同一气团内部物理属性相近,天气现象也大体相同。当环流条件改变时,气团便在大气环流的引导下离开源地。在迁移的过程中,受下方地球表面的影响,温度、湿度会逐渐改变,气团的性质因而也随之发生变化,称为气团变性。

当热带海洋气团移动到温带陆地上,气温会相应降低,湿度减小,就成为变性海洋气团;当极地大陆气团移动到温带海洋中去,气温逐渐升高,湿度增大,就成为变性大陆气团。

锋面为什么是倾斜的?

锋面在空间中是倾斜的。由于一般高纬度的空气温度低,密度大,而低纬度空气温度高密度小,锋区随着高度的增加,位置向极地一侧移动,即向冷空气一侧倾斜。

一个简单的用以说明锋面在空间倾斜原因的实验可以这样进行:取一个中问有隔板的长方形容器,分别倒入油和水,然后抽去隔板,油与水的相对运动使密度小的油浮在上方,而密度大的水插入油的下方.直到油在上而水在下的水平状态。将容器放于离心机的一端旋转,可以观察到油与水的界面成倾斜状态。

把冷空气设想为实验中的水,暖空气设想为实验中的油,地球的自转类似于实验中离心机的旋转,则锋面的倾斜就可用实验中油水界面的倾斜来说明。

大气锋面附近通常有什么天气?

在气团内部,由于物理性质相对均匀,因此通常温带地区气团内部的天气变化不大。但在不同气团交界面处的锋面地区则一般天气恶劣。由于冷暖空气的相对运动,暖空气中的水汽容易凝结,加上地面摩擦的作用在锋面附近造成上升运动,锋面附近大气能见度一般比较小;由于不同性质气团之间的密度差异大,使锋面两侧的气压变化增大,导致风速在锋面附近增大。当暖空气一侧的水汽供应条件充足时,暖空气在冷空气的抬升下造成锋面附近的降水。

因此,锋面附近,是风云雷电、雨雪霜雾等天气最钟情的地区。

海洋锋与渔场的形成有什么关系?

当大气中的锋线受到某种扰动后,常常出现涡旋,即锋面气旋的发展。受锋面气旋中上升运动的影响,气旋中多出现降水、大风等天气现象。在海洋中,不同性质水团的过渡区海洋锋线上,也容易出现海洋中的涡旋运动。海洋锋线附近海区,尤其是锋线附近海洋涡旋中的上升运动区是海水营养盐含量丰富区,对渔场的形成非常有利。因此,不同性质水团交界的海区常常是渔业产量高的海区。

海上渔场的形成为什么与风有关?

我们食用的鱼当中有很大一部分是从海洋里捕捞的。海上捕鱼要在渔场里进行,产量才会高。但同学们可能还不清楚,海上渔场的形成与海面风场有着非常密切的关系。

在饵料丰富的地方,有大量鱼的聚集,容易形成渔场。许多鱼以浮游生物为食,海水营养盐丰富的地方存在大量的浮游生物。海水的上升流把大量的营养盐带到表层海水中来。因此,海洋中存在上升流的海区一般都是非常好的渔场。海洋中的上升流与海面风的吹刮具有密切的关系,因此,渔场的形成与海上风场有关就是顺理成辛的事情了。

例如,在热带东太平洋的秘鲁沿岸,从南半球吹来的风导致的海流对表层海水的向西输送使得沿岸底层的海水流到表层进行补充,存在很强的上升流,因此,秘鲁西海岸附近的海区是世界著名的渔场,海洋水产业占秘鲁国民经济的比重比较大,一旦厄尔尼诺现象出现,使上升流减弱,则秘鲁的水产业就会受到沉重的打击。

是谁赐予了东海丰富的渔业资源宝藏?

我国的东海,海洋资源丰富。神话传说中的东海龙宫中珍藏着丰富的宝藏。东海的舟山渔场是我国最大的渔场,可说得上是东海丰富宝藏中的生物宝藏吧。是什么原因使舟山附近的海区形成渔场的呢?是东海沿岸的上升流。上升流将海底附近的营养盐携带到表层海水中,使浮游生物大量繁殖生长,浮游生物为众多的鱼类提供了丰富的饵料,因此鱼的数量在上升流区就迅速的增长。因此,东海的渔业资源宝藏是上升流带来的。但需要指出的是,任何宝藏,都不会取之不竭。在掠夺式的捕捞下,渔场中也会有一天捕不到鱼的。为了保护我国的渔业资源,我国制定了休渔期的制度,使包括东海在内的渔业资源地得到休养生息。

海陆风是什么?

海陆风是近海和沿岸地区因热力性质不均匀而形成的风向昼夜间反向转变的风系,是海风和陆风的合称。海风白天从海上吹向陆地,陆地上的风在夜间又从陆地吹向海洋,相互问“礼尚往来”,周而复始。海陆风的环流水平范围在几十千米到几百千米,垂直高度可达1000米到2000米,白天,海面上的气流吹向陆地的同时,在大气的一定高度上则从陆地吹向海洋,夜间则整个循环的方向全都反转过来。

海陆风是怎么形成的?

海陆风是怎么形成的呢?我们以夏天为例进行说明。在夏半年的白天,受到太阳的辐射,陆地表面的温度很快升高。陆地表面上的空气受到陆地的加热后迅速向上膨胀,使得在1000米~2000米的高度上,陆地上空的气压高于海面上空的气压。在压力差别的作用下,1000米~2000米高度上的空气自陆地流向海洋,而陆地地面附近因为空气膨胀上升,海面上的空气就会流到陆地上进行补充。这样,在海洋和陆地之间形成了由陆地向上、陆地上空向海洋、海洋上空向下、海面向陆地的环流系统,称为海风环流。一般情况下,海风从上午开始出现,下午1时至3时最强,日落后逐渐减弱。

到了夜间,陆地表面经过辐射冷却,温度开始低于表面海水的温度,于是相对而言海洋空气向上膨胀,在高层向陆地流去,而陆地表面的空气则流向海里,构成相反的环流系统,称为陆风环流。

海陆风的出现与地理纬度有什么关系?

同样是沿海地区,在不同的地理纬度上,海陆风的强弱具有比较大的差异。由于形成海陆风的主要原因是海洋和陆地热力性质在昼夜间的差异,即海面温度和陆地表面温度的差别越大,海陆风越强。海、陆热力性质在昼夜间的差异随纬度的变化比较大。一般来说,海陆风在热带地区发展最强,一年四季都可以出现,出现的次数也比温带和寒带多。中纬度地区的海陆风多出现在夏秋两季,而高纬度地区只在暖季出现海陆风。

海陆风对沿海大气环境有什么影响?

海陆风的存在对沿海地区的大气环境具有很大的影响。设想在海边有一片烟雾,夜间的时候被陆风吹送到海面上去,到了第二天白天又被海风送还回来,烟雾“去而复返”,必然会加大大气的污染程度。即便烟雾被吹送到海里去,通过高层绕了一个圈然后再回到陆地上,也会使大气污染程度有所增加。

因此,海陆风的存在会增大沿海空气的污染程度,使大气环境质量变坏。

大气和海洋的热力结构最明显差别是什么?

大气和海洋中的绝大部分运动能量都是来自于太阳。但是,大气和海洋的热力结构具有明显的不同。海面作为地球表面的一部分,海水的热量是直接吸收太阳辐射而得到的,而大气的热量则来自地球表面,包括海面吸收了太阳辐射后再放出的长波辐射。由于热量来源不同,导致大气和海洋温度的垂直分布也不同。海水的温度在海面达到最高,而气温一般在地面附近最高。

没有风,海洋将是什么样子呢?

自古以来,海洋和大气一直在互相影响着。海洋的温度分布影响着大气风场的形成,而海面风场又驱动着表层海水的流动。如果全球的海面上都没有风,则除了洋面如镜,波澜不兴外,海水是否就会变成“死水一潭”呢?

如果海面上没有风,仍然存在着能够驱使海水运动的动力。这就是密度差异造成的相对运动。影响海水密度最主要的因素是温度和盐度,虽然那时海水的流动将极为缓慢,但海水在极地地区仍然为下沉运动,而赤道地区仍然为上升运动。在大洋的西边界,仍然会有相对较强的边界流。但大洋内部的流动则变化很大,因为没有风,海洋表面由风驱动的大洋流系将不再出现。在温度相同的海区,盐度大的海水将有可能出现下沉运动。

秘鲁人和智利人是怎样用网“捞”取海雾水的?

南美洲秘鲁西海岸地区濒临太平洋,属热带干旱型气候。这里降水稀少,年平均降水量还不足50毫米。由于临近赤道东太平洋冷水区,雾日却较多。智利的北部地区同样干旱少雨,但冬季雾日也较多。为了开发雾水资源,两个国家都曾用尼龙线织成网,网孔约1厘米见方,在雾的来向竖立布置起来,收集雾水。尼龙网支架下面有一个大盘,收集的雾水经过小管流入自计雨量计中,可测量出收集了多少雾水。

1988年秘鲁人在拉奥罗亚收集的雾水数量相当于296.8毫米的降雨量,在阿雷基帕收集的雾水也相当于165.1毫米。

美国人是怎样让太平洋中的水汽降落到加利福尼亚的?

加利福尼亚位于美国西海岸,西临太平洋,东部与内华达州和亚利桑那州接壤。西部沿海的暖湿空气向陆地移动,在加利福尼亚州东部的内华达山脉地区经常形成地形云。层状的地形云连绵达数百里,是很好的云水资源。

经过探测,美国气象工作人员发现,秋冬季节的地形云云内温度比较高,过冷却水较多,有利于人工降水。经过充分的准备,他们用飞机上装置的碘化银发生器进行催化降水。每次人工降水作业时,采用一前一后两架飞机同时起飞,前边的飞机探测到适合作业的部位时。由后一架飞机进行催化作业。

经过7年的人工影响降水实验,在秋季和冬季达到增加降水15%~20%的效果。

为什么在赤道太平洋岛屿上发现企鹅生存?

企鹅是南极大陆的惟一“常驻居民”,也是南极地区的标志。南极气候寒冷,因此企鹅的抗寒能力是出类拔草的。相反,企鹅的抗寒能力在温暖的地方可能就是它们的致命弱点。然而,在赤道附近的某些岛屿上,竟然生存看企鹅!

是这些企鹅适应了热带的气候?不是。是赤道附近的“寒冷岛”为它们提供了可以生存的条件。太平洋东部的克隆群岛,由于受秘鲁冷洋流的影响,空气稳定,少雨多雾,气温较低,酷似寒带。不知从什么年代随南极冰山“漂泊”到该岛的企鹅,已在岛上繁衍成数千只的“庞大家族”了。

云中过冷却水滴最先在什么地方被发现?

云层中过冷却水滴第一次被发现的地点并不在空中。二次世界大战期间,为了解决飞机积冰如何形成的问题,美国气象学家兰米尔和谢弗带着观测云雾结构的仪器登上了新罕布什尔州华盛顿山。当时山上的气温很低,山顶云雾笼罩,常常低于零度。一天早晨,他们惊奇地发现,山上的松柏在一夜之间变成了晶莹剔透的雾凇花!更使他们奇怪的是,在零度以下气温的空气中,竟然悬浮着众多的水滴!为什么这些水滴没有变成冰晶呢?原来自然界中就存在低温下也不结冰的小水滴,造成了雾凇的形成。

依据雾凇形成的原理,飞机在云层中飞行时,机壳积冰的问题就清楚地解决了。

最早的人工影响天气行为是在什么时期开始的?

最早人工影响天气的行为来自于第二次世界大战时期的军事需要。第二次世界大战期间,美国人在意大利的伏尔特河岸,人工造雾形成长达5000米,厚1600米的大雾,掩护了美军渡河。为了掩护本土的工业区域,防止对方空袭,德国人也曾在二战期间人工造雾。

在二战时期,空中作战的大量出现,使飞机碰到了许多气象困难。为了取得战斗的胜利,飞机多在隐蔽的云层中飞行.以防止被敌人发现。但飞机在云中的飞行,常常遇到机壳出现积冰,影响正常飞行,有时甚至出现机毁人亡的事故。为了搞清飞机积冰的原因,气象专家们从中发现了云中过冷却水滴的存在和对积冰的作用,随后进一步发现将干冰或碘化银撒入云中可以催化降水,为人工影响天气开创了一条崭新的道路。

是谁最先发现干冰可以催化冷云降水的?

云雾中过冷却水滴的发现引起了另外一个问题,为什么形成雾凇的雾中没有自然冰晶呢?因为如果有冰晶和过冷却水同时存在,过冷却水一定会向冰晶凝华,使冰晶逐渐增长,当增长到一定程度后,就会从雾中降落到地面上,雾也因之消散。

1946年,美国气象学家谢弗用一个普通的100升冰箱改制的云雾实验室进行实验。当云室内温度降低到零下23℃后,他向云室内哈的气立即形成了雾,但未出现冰晶。他们想方设法将不同的化学物质分撒在云室内,还是没有出现冰晶。在7月的一天,谢弗拿一块干冰(固体二氧化碳)放进小云室内,打算促使云室内的温度降的更快些。但刹那间,云室内出现了成千上万个小冰晶!于是,干冰对冷云的催化作用就这样被发现了,它的发现人就是美国气象学家谢弗。